Las emisiones de óxido de nitrógeno de los aviones podrían reducirse un 95% gracias a un sistema de control de emisiones diseñado por un equipo de ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts
Los aviones emiten gases de efecto invernadero y otros contaminantes que según la altura a la que se emiten pueden resultar dañinos para los humanos. Los óxidos de nitrógeno (NOx), en concreto, se han asociado con enfermedades respiratorias y trastornos cardiovasculares.
Un grupo de ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) ha diseñado un concepto de propulsión híbrida-eléctrica que combina las turbinas de gas utilizadas comúnmente en aviación con un sistema de control de emisiones como el aplicado en automoción. Los detalles del diseño se publicaron este enero en Royal Society of Chemistry.
Este sistema de propulsión híbrida-eléctrica eliminaría el 95% de las emisiones de óxidos de nitrógeno de los aviones y reduciría en un 92% las muertes prematuras provocadas por las sustancias químicas que se emiten a la atmósfera y afectan a la salud de la población según el estudio.
Qué novedades incorpora este diseño
En los aviones actuales no es posible incorporar sistemas de control de emisiones. Están propulsados por motores de reacción que se encuentran anclados debajo de cada ala. Cada motor tiene una turbina de gas que acciona la hélice que mueve el avión. Los gases de escape de esta turbina se liberan por la parte de atrás. En este mecanismo, un sistema de control de emisiones interferirá en el empuje que hacen los motores.
El nuevo diseño realizado por los ingenieros del MIT sigue contando con una turbina de gas como fuente de energía pero, en lugar de encontrarse en las alas, se integrará en la bodega del avión. Esta turbina accionará un generador, instalado también en la bodega, para producir electricidad. La electricidad generada alimentará las hélices o los ventiladores del avión montados en el ala.
Para controlar las emisiones producidas por la turbina de gas y limpiar los gases antes de expulsarlos a la atmósfera, se instalaría en el motor un sistema de Reducción Catalítica Selectiva (SCR, por sus siglas en inglés), como el que desde 1957 controla las emisiones de grandes calderas industriales y se implementó en motores diésel a raíz del Protocolo de Gotenburgo.
Cómo reducir la contaminación de los aviones
La Reducción Catalítica Selectiva es una tecnología que consiste en instalar convertidores catalíticos en la tubería de escape del motor para convertir en inocuas las emisiones tóxicas. Al aplicar el amoniaco como inhibidor, los óxidos de nitrógeno se convierten en agua (H2O) y nitrógeno molecular (N2). Este último es un gas que forma el 78% del aire de la atmósfera.
Los sistemas SCR necesitan combustible de ultra bajo azufre (permite el uso de tecnologías que controlan la contaminación) para prevenir la desactivación del catalizador (aumenta la velocidad de una reacción química). En este caso, los investigadores han comprobado que utilizando diferentes catalizadores según la temperatura en la que se aplicaban y amoníaco, las emisiones de óxidos de nitrógeno se reducen en un 95%.
Para los investigadores, este ‘sistema de control de emisiones de post-combustión’ sería más adecuado para aeronaves híbridas o turbo-eléctricas con un motor de núcleo pequeño y de baja densidad de potencia. Un motor con estas características hace que se tenga que tratar una menor masa de gas de escape para un empuje fijo del motor.
Si este sistema híbrido-eléctrico se implementase en los aviones de pasajeros como el Boeing 737 o el Airbus A320, supondría un peso adicional que requeriría cerca de un 0,5% más de combustible para volar. Para este combustible extra, los investigadores estiman un coste de 4.000 millones de dólares anuales por las correspondientes emisiones de CO2.
Consecuencias en la calidad del aire (en azul); el clima (en naranja) y coste total por tonelada de combustible quemado (en verde), en los diferentes escenarios considerados. Los efectos del sistema de control de emisiones (PCEC) con combustible de ultra bajo azufre (ULS) se muestran a la derecha. Fuente: MIT
Sin embargo, este coste se vería solventado por la reducción de emisiones de óxidos de nitrógeno, cuyos beneficios monetizados de la calidad del aire serían de 73.000 millones de dólares anuales. Además, el diseño resultaría mas efectivo que la propuesta actual de aviones totalmente eléctricos accionados por baterías que pesan toneladas.
¿Qué impacto tiene la aviación en la calidad del aire?
Según la altura a la que se encuentren, los aviones emiten gases contaminantes que pueden transformarse en contaminantes secundarios cuando reaccionan con componentes químicos presentes en la atmósfera. Es el caso de los óxidos de nitrógeno que se convierten en ozono cuando los aviones vuelan entre los 10.500 y 12.000 metros de altura. Además, también desencadenan la formación de estelas de condensación y cirros que provocan de manera indirecta el calentamiento global.
Concentración media anual de ozono a nivel del suelo por la aviación en partes por billón (ppbv.) A la izquierda: Escenario base. En el centro: La aviación con combustible de ultra bajo azufre. A la derecha: Aviación con combustible de ultra bajo azufre y un control de emisiones post-combustión. Fuente: MIT
El ozono se ha llegado a asociar con las enfermedades respiratorias y los trastornos cardiovasculares. La liberación de sustancias como esta debido a la aviación ocasiona 16.000 muertes prematuras cada año, según una investigación realizada anteriormente por el MIT. Los investigadores consideran que el 92% de estas muertes podría reducirse con un sistema de control de emisiones en los aviones como el desarrollado por el MIT.
REFERENCIAS
Post-combustion emissions control in aero-gas turbine engine
